从FBP到深度学习重建的技术演进
滤波反投影(FBP)自1972年起长期主导CT重建,其核心矛盾是高质量图像需要高剂量,降低剂量则导致噪声和伪影增加。迭代重建通过引入物理、噪声、物体和光学等模型进行复杂计算来改善图像,但这些模型必须被简化:人工可调节参数数量有限、快速找到最优解的计算能力有限,简化模型导致图像在迭代过程中失真。
以MBIR为代表的全模型迭代重建可调节参数不足100个,依赖专家人工调节,且重建时间过长,超出临床接受范围。深度学习重建则采用深度神经网络,可调节参数量超过100万,参数在监督训练过程中通过反向传播算法自动微调,从根本上改变了重建参数的优化方式。




深度学习重建引擎的设计与训练
DLIR引擎的设计基于厂商在CT领域40年的技术创新和经验积累;训练以高剂量、高质量的FBP图像作为学习目标,保证网络学到真实的高保真图像纹理;验证则使用大量极端案例和罕见案例作为验证数据集,保证模型的泛化准确性。
训练过程中,输入低剂量原始数据,网络输出图像与高剂量原始数据重建的FBP图像(Ground Truth)进行比对,通过反向传播调整参数,使输出逐步匹配学习目标。学习目标决定了最终训练结果的准确程度,因此高剂量FBP图像的质量直接关系到DLIR图像的保真度。


图像保真度与体模验证
归一化噪声功率谱(NPS)曲线显示,DLIR-H在4.9 mGy下的噪声纹理与15.1 mGy的FBP高度一致,而MBIR的噪声纹理偏离明显,说明DLIR在降低剂量的同时还原了真实图像纹理。剪影(difference image)对比进一步显示,DLIR与原始FBP的差异最小,ASiR和ASiR-V的差异较大,提示DLIR引入的结构改变更少。
体模测试以15倍高剂量FBP为金标准:低剂量迭代重建图像出现失真,而低剂量DLIR图像无失真,噪声值接近高剂量FBP。在满足诊断需求的前提下,DLIR可在1 mGy的低剂量下获得与高剂量FBP相当的图像质量,而迭代重建在同等剂量下图像失真明显。



重建速度与临床工作流
DLIR引擎训练完成后,所有参数预先计算并固定,经监管机构批准后部署,现场不再进行再训练、微调或自学习,以避免不完美数据引入偏倚或误差。因此重建速度完全满足临床常规使用,即使在急诊等对时间要求苛刻的场景下也能完成。
在160 mm覆盖范围、512×512矩阵、0.625 mm层厚的轴向采集可重建256幅图像, helical采集425 mm覆盖范围可重建681幅图像,重建速度满足常规工作流。这意味着DLIR可以用于任意体型、任意部位的各向高清薄层成像,而不牺牲临床流程效率。


临床应用价值
DLIR支持任意体型的高清图像:对身高1.72 m、BMI 32的患者,0.625 mm层厚下DLIR图像噪声明显低于FBP和迭代重建,图像质量满足诊断。任意层厚方面,1/8层厚(0.625 mm)图像无损高保真,与5 mm层厚图像相比不损失细节。
在冠脉CTA中,DLIR可实现超低剂量高清成像。一例高压注射器中途故障导致对比剂注射中断的病例,第一次扫描剂量仅0.47 mSv,DLIR重建图像仍可满足诊断,而ASiR-V重建质量不足,体现了DLIR在扫描意外时的挽救价值。
4D双诊断灌注成像中,提取任意灌注期相并用DLIR重建,即可获得常规诊断级增强/CTA图像,无需额外常规增强扫描,实现形态与功能同时评估,并支持个性化期相选择,捕捉一过式强化。



